Amikor a plazma villamosenergia-termelők valósággá válnak

Szinte mindenki, akit érdekelt az energia, hallotta az MHD-generátorok kilátásairól. Az a tény, hogy ezek a generátorok már több mint 50 éve ígéretes állapotban vannak, kevés ember tudja. A plazma MHD-generátorokkal kapcsolatos problémákat a cikk ismerteti.

Történet plazmával vagy magnetohidrodinamikus (MHD) generátorok meglepően hasonló a magfúzió. Úgy tűnik, hogy csak egy lépést kell tennie, vagy kell egy kis erőfeszítést tennie, és a hő közvetlen villamos energiává történő átalakítása ismerős valósággá válik. De egy másik probléma végtelenségig tolja ezt a valóságot.

Mindenekelőtt a terminológiáról. A plazmagenerátorok az MHD generátorok egyik fajtája. És ezek a nevét az elektromos áram megjelenésének hatására kapta, amikor az elektromosan vezető folyadékok (elektrolitok) mágneses mezőben mozognak. Ezeket a jelenségeket a fizika egyik ágában írják le és tanulmányozzák - magnetohidrodinamikát. Innentől kezdve a generátorok megkapták a nevüket.

A történelem során az első generátorok létrehozására irányuló kísérleteket elektrolitokkal végezték. De az eredmények azt mutatták, hogy nagyon nehéz felgyorsítani az elektrolit áramlását a szuperszonikus sebességre, és ennek hiányában a generátorok hatékonysága (hatékonysága) rendkívül alacsony.

További vizsgálatokat végeztünk nagysebességű ionizált gázáramokkal vagy plazmával. Ezért ma a felhasználás lehetőségeiről beszélünk MHD generátorok, ne feledje, hogy kizárólag a plazma változatosságáról beszélünk.

Fizikailag a potenciálkülönbség és az elektromos áram megjelenésének hatása hasonló, ha a töltések mágneses mezőben mozognak Hall-effektus. Azok, akik Hall érzékelőkkel dolgoztak, tudják, hogy amikor egy áram áthalad egy mágneses mezőbe helyezett félvezetőn, a mágneses mező vonalaival merőleges kristálylapokon potenciálkülönbség jelenik meg. Csak az MHD generátorokban áram helyett vezetőképes munkafolyadék kerül átadásra.

Az MHD generátorok teljesítménye közvetlenül függ a csatornán áthaladó anyag vezetőképességétől, a sebesség négyzetétől és a mágneses mező négyzetétől. Ezekből a kapcsolatokból világossá válik, hogy minél nagyobb a vezetőképesség, hőmérséklet és a térerő, annál nagyobb a felvett teljesítmény.

A hőnek a villamos energiává történő átalakításáról szóló elméleti tanulmányokat a múlt század 50-es éveiben végezték el. És egy évtizeddel később megjelent a „Mark-V” kísérleti üzem az Egyesült Államokban 32 MW és „U-25” a Szovjetunióban, 25 MW kapacitással. Azóta a generátorok különféle kiviteleit és hatékony működési módjait tesztelték, és különféle típusú munkafolyadékokat és szerkezeti anyagokat tesztelték. A plazmagenerátorok azonban nem értek el széles körű ipari felhasználást.

Mi van ma? Egyrészről a Ryazan Állami Kerületi Erőműben már működik egy 300 MW teljesítményű MHD generátorral ellátott kombinált erőmű. Maga a generátor hatékonysága meghaladja a 45% -ot, míg a hagyományos hőállomások hatékonysága ritkán eléri a 35% -ot. A generátor plazmát használ, amelynek hőmérséklete 2800 fok, amelyet földgáz elégetésével nyernek, és erős szupravezető mágnes.

Úgy tűnik, hogy a plazma energia valósággá vált. De a hasonló MHD-generátorok a világon ujjakon számíthatók, és ezeket a múlt század második felében hozták létre.

Az első ok nyilvánvaló: a generátorok működéséhez hőálló szerkezeti anyagok szükségesek. Az anyagok egy részét a termonukleáris fúziós programok végrehajtásának részeként fejlesztették ki. Másokat a rakéta tudományában használnak és osztályoznak.Ezek az anyagok mindenképpen rendkívül drágák.

Egy másik ok az MHD generátorok működésének sajátosságai: kizárólag egyenáramot termelnek. Ezért erős és gazdaságos inverterekre van szükség. Még ma is, a félvezető technológia eredményeinek ellenére, ez a probléma nem oldódott meg teljesen. És anélkül lehetetlen hatalmas kapacitásokat átruházni a fogyasztókra.

A szuperstrong mágneses mezők létrehozásának problémáját sem oldottuk meg teljesen. Még a szupravezető mágnesek használata sem oldja meg a problémát. Az összes ismert szupravezető anyag kritikus mágneses erősséggel rendelkezik, amely felett a szupravezető képesség egyszerűen eltűnik.

Csak kitalálni lehet, mi történhet, amikor a vezetők hirtelen átmennek a normál állapotba, ahol az áramsűrűség meghaladja az 1000 A / mm2-t. A tekercsek robbanása a közel 3000 fokra felmelegített plazma közvetlen közelében nem okoz globális katasztrófát, de egy drága MHD generátor biztosan meghibásodik.

A plazma magasabb hőmérsékletre történő melegítésének problémái továbbra is fennállnak: 2500 foknál és az alkálifémek (kálium) adalékanyagainál a plazma vezetőképessége továbbra is nagyon alacsony, összehasonlíthatatlan a réz vezetőképességével. De a hőmérséklet emelkedéséhez új hőálló anyagok szükségesek. A kör bezáródik.

Ezért az összes ma létrehozott, MHD-generátorokkal ellátott tápegység inkább az elért technológiai szintet mutatja be, mint a gazdasági megvalósíthatóságot. Az ország presztízse fontos tényező, ám ma rendkívül drága és szeszélyes MHD generátorok építése nagyon költséges. Ezért még a legerősebb MHD-generátorok is megmaradnak a kísérleti üzemek státusában. Ezekkel a mérnökök és tudósok kidolgozzák a jövőbeli terveket, új anyagokat tesztelnek.

Amikor ez a munka véget ér, nehéz megmondani. Az MHD-generátorok különféle kiviteleinek sokasága arra utal, hogy az optimális megoldás még mindig messze van. És az az információ, hogy a termonukleáris fúziós plazma ideális munkaközeg az MHD generátorok számára, elterjedt használatát a század közepéig tolja.